Tsukuyomi adalah dunia virtual tempat harapan dan impian bertemu. Iroha Sakayori, seorang siswi SMA berusia 17 tahun di Tokyo, menjalani kehidupan yang sangat sibuk, berusaha menyeimbangkan pekerjaan paruh waktu dan akademis. Ia menemukan kedamaian dengan menonton seorang streamer populer bernama Yachiyo Runami, yang merupakan administrator ruang virtual online bernama Tsukuyomi.

Iroha sering mengunjungi Tsukuyomi, tempat orang-orang dapat menjalani kehidupan yang berbeda dan dengan bebas mengejar kreativitas mereka, dan ia menghabiskan waktu dengan mendukung Yachiyo dan bermain game pertempuran untuk mendapatkan sedikit uang tambahan. Suatu hari dalam perjalanan pulang, Iroha menemukan tiang telepon yang bersinar dengan warna-warna pelangi. Yang mengejutkannya, seorang bayi menggemaskan muncul dari tiang tersebut. Karena tidak tega meninggalkannya, Iroha membawa bayi itu pulang dan menyaksikannya tumbuh dengan cepat menjadi seorang gadis seusianya.

“Apakah kau Putri Kaguya?”

Kaguya yang sudah dewasa mengembangkan kepribadian yang egois. Atas permintaan Kaguya yang sungguh-sungguh, Iroha membantunya memulai streaming di Tsukuyomi. Dengan Iroha sebagai produser dan penulis lagu, dan Kaguya sebagai streamer dan penyanyi, keduanya semakin dekat. Mereka tidak menyadari bahwa kekuatan jahat sedang menunggu, ingin membawa Kaguya kembali ke bulan.